張 云，王龍倫，蔡金華，張 柯，欽 斌

400014 重慶，重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院放射科，國(guó)家兒童健康與疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，兒童發(fā)育疾病研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，兒童營(yíng)養(yǎng)與健康重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1；400016 重慶，重慶醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)研究院2

胼胝體(corpus callosum，CC)是大腦半球中最大的連合纖維，它聯(lián)系兩側(cè)大腦半球從而使大腦成為一個(gè)功能整體，在大腦半球的連接中起著至關(guān)重要的作用。過(guò)去很多臨床工作者認(rèn)為大腦灰質(zhì)及其深部的核團(tuán)才是認(rèn)知活動(dòng)的基礎(chǔ)，而CC僅僅是一個(gè)連接的結(jié)構(gòu)，直到1940年外科醫(yī)生通過(guò)胼胝體切開(kāi)術(shù)控制了癲癇的發(fā)作證實(shí)CC可能是兩側(cè)大腦半球間的主要通路[1]，CC才引起了臨床醫(yī)生更多的關(guān)注。胼胝體體積或厚度的改變可能是發(fā)育或者多種疾病過(guò)程的結(jié)果，如巨腦回畸形、多小腦回畸形、缺氧缺血性腦病、急性創(chuàng)傷、多發(fā)性硬化[2-3]等，而且兒童胼胝體發(fā)育不全的轉(zhuǎn)歸并不固定[4]，因此胼胝體在核磁共振(magnetic resonance imaging，MRI)上的結(jié)構(gòu)的改變可能是兒科中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的一個(gè)特征性的表現(xiàn)[5]。

由于兒童生長(zhǎng)發(fā)育的特殊性，大腦結(jié)構(gòu)隨著年齡的增長(zhǎng)有所變化。目前缺乏兒童胼胝體結(jié)構(gòu)的參考范圍，臨床影像診斷中經(jīng)常存在無(wú)法判斷兒童胼胝體是否存在形態(tài)異常、異常主要是存在于哪一個(gè)亞區(qū)、是偏厚抑或偏薄等困惑；影像診斷醫(yī)師憑臨床經(jīng)驗(yàn)大致判斷，缺乏確切、客觀的理論依據(jù)。此外，既往的研究主要是測(cè)量正中矢狀位層面的CC面積[6-7]并非體積，而單一的面積測(cè)量其臨床意義相對(duì)比較局限。因此，建立不同年齡/性別的兒童胼胝體參考范圍的需求尤為亟迫。本研究通過(guò)招募正常學(xué)齡前兒童行腦部MRI的3DT1序列掃描，利用FreeSurfer軟件自動(dòng)提取正常學(xué)齡前兒童的CC數(shù)據(jù)并計(jì)算其體積，在初步構(gòu)建學(xué)齡前各年齡段、不同性別兒童CC體積的參考范圍的基礎(chǔ)上，探討其CC體積變化的特征。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究由重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院放射科于2018年3月至2019年3月在重慶市公開(kāi)共招募100名2～6歲的正常志愿者兒童，監(jiān)護(hù)人簽署知情同意書，并先后完成一般調(diào)查問(wèn)卷、體格檢查、Gesell發(fā)育量表(Gesell Developmental Scale，GDS)測(cè)試及頭顱MRI檢查，依據(jù)納入標(biāo)準(zhǔn)和排除標(biāo)準(zhǔn)最終共納入89名兒童研究，對(duì)不同性別、不同年齡段學(xué)齡前兒童的胼胝體體積參考范圍進(jìn)行描述性研究。

本研究得到重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)[(2018)年倫審(研)第(82)號(hào)]，所有入組志愿者在監(jiān)護(hù)人在知曉本研究目的與具體操作流程后，簽署了知情同意書。

1.1.1 納入標(biāo)準(zhǔn) ①所有監(jiān)護(hù)人知情同意并簽署知情同意書；②監(jiān)護(hù)人完成一般問(wèn)卷調(diào)查；③志愿者完成一般體格檢查，包括身高、體質(zhì)量、BMI、腦部MRI掃描和GDS測(cè)試。

1.1.2 排除標(biāo)準(zhǔn) ①一般問(wèn)卷調(diào)查顯示有認(rèn)知障礙表現(xiàn)、癲癇及其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病史，有明確的顱腦外傷史，近3個(gè)月有急性或慢性感染疾?。虎贛RI圖像質(zhì)量較差或發(fā)現(xiàn)有明顯器質(zhì)性疾??；③GDS測(cè)試任一能區(qū)得分<75分。

1.1.3 退出和終止標(biāo)準(zhǔn) ①有明顯MRI檢查禁忌證(如幽閉恐懼癥、體內(nèi)含有不能取出的金屬物植入等)。②檢查過(guò)程中出現(xiàn)任何不適，導(dǎo)致檢查不能繼續(xù)進(jìn)行的。

1.2 研究方法

1.2.1 一般情況問(wèn)卷 采用自編量表了解被試者的一般人口學(xué)資料(性別、年齡、民族)、既往史等。

1.2.3 GDS智力測(cè)試及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 由經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)的5名醫(yī)師在患兒檢查當(dāng)天且未鎮(zhèn)靜情況下完成測(cè)試，評(píng)估環(huán)境1人1室，測(cè)試時(shí)間50～60 min。

1.2.4 鎮(zhèn)靜方式 被試者經(jīng)過(guò)6～8 h的睡眠剝奪，口服10% 水合氯醛 0.5 mL/kg，最大劑量≤10 mL。

1.2.5 影像學(xué)數(shù)據(jù)的采集 使用荷蘭Phillps公司的Achieva 3.0T超導(dǎo)磁共振(PhillpsAchieva 3.0T MR)，8通道頭顱正交線圈。常規(guī)序列包括軸位T1W1、T2W1、T2FLAIR及矢狀位T2WI，排除明顯的神經(jīng)系統(tǒng)器質(zhì)性疾病。解剖結(jié)構(gòu)像：矢狀位三維擾相梯度回波序列(three-dimensional spoiled gradient echo，3D-SPGR)，具體參數(shù)如下：重復(fù)時(shí)間(TR)=7.7 ms；回波時(shí)間(TE)=3.8 ms；翻轉(zhuǎn)角8°；視野(FOV)：256 mm×256 mm；矩陣250×250；體素=1 mm×1 mm×1 mm；層厚=1 mm；掃描時(shí)間共2 min 35 s，共156幅。

1.2.6 MRI圖像分析 常規(guī)序列圖像分析由1位中級(jí)職稱醫(yī)師及1位高級(jí)職稱醫(yī)師共同完成。3DT1序列使用FREESURFER v6.0(http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/)軟件進(jìn)行分析。FreeSurfer是基于MRI的3DT1薄層圖像利用一系列的算法來(lái)量化大腦的結(jié)構(gòu)以及功能，自動(dòng)提取并計(jì)算大腦皮層的結(jié)構(gòu)指標(biāo)。Fischl(2012)[8-9]的出版物和參考文獻(xiàn)中詳細(xì)描述了該程序的使用細(xì)節(jié)和說(shuō)明[8]。按照Freesurfer的步驟處理每個(gè)受試者的3D-SPGR MRI數(shù)據(jù)，包括體積處理和表面處理兩部分。

1.2.6.1 體積處理 步驟包括：運(yùn)動(dòng)校正→Talairach轉(zhuǎn)換→非均勻變形→強(qiáng)度歸一化→顱骨剝離→注冊(cè)→CA強(qiáng)度歸一化→CA非線性體積注冊(cè)→體積標(biāo)簽→強(qiáng)度歸一化→白質(zhì)分割→白質(zhì)ASeg編輯→填充和切割等，共13步。

1.2.6.2 表面處理 步驟包括：鑲嵌→平滑→膨脹→自動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)校正→歐拉數(shù)→平滑→膨脹→最后沖浪→皮質(zhì)帶狀面具→球形變形→球形注冊(cè)→將平均曲率映射到主體→皮層取消(標(biāo)記)→皮層注銷統(tǒng)計(jì)等，共17步。

以上各步均由軟件自動(dòng)完成。每位受試者的胼胝體沿長(zhǎng)軸方向被自動(dòng)等分為5個(gè)解剖學(xué)亞區(qū)：胼胝體前部(anterior corpus callosum，ACC)、胼胝體前中部(anterior-middle corpus callosum，AMCC)、胼胝體中部(middle corpus callosum，MCC)、胼胝體中后部(mid-posterior corpus callosum，PMCC)、胼胝體后部(posterior corpus callosum，PCC)，見(jiàn)圖1。CC總體積(total corpus callosum，TCC)的體積是這五個(gè)亞區(qū)的體積之和。腦總體積(total brain volume，TBV)由Freesurfer估算得出，包括除小腦和腦干以外的一切組織。

利用FreeSurferV6.0軟件將胼胝體沿長(zhǎng)軸方向等分為5個(gè)解剖學(xué)亞區(qū)：胼胝體前部(anterior corpus callosum，ACC)、胼胝體前中部(anterior-middle corpus callosum，AMCC)、胼胝體中部(middle corpus callosum，MCC)、胼胝體中后部(mid-posterior corpus callosum，PMCC)、胼胝體后部(posterior corpus callosum，PCC)

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 納入研究?jī)和幕举Y料

本研究實(shí)際共計(jì)招募研究對(duì)象100例，1例GDS測(cè)試5個(gè)能區(qū)DQ均<75分、4例未能滿意鎮(zhèn)靜而未完成MR檢查、3例MR圖像存在運(yùn)動(dòng)偽影、1例常規(guī)MRI序列發(fā)現(xiàn)髓鞘化障礙、1例后遺軟化改變及1例透明隔囊腫而剔除，最終納入89例。其中男性49例(55.1%)，女性40例(44.9%)；24～72(51.18±20.09)月齡，各年齡段男性及女性所占比例的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2= 5.726，P=0.126)見(jiàn)表1。

表1 學(xué)齡前兒童各年齡段男/女性別分布比較[例(%)]

2.2 CC及各亞區(qū)體積與年齡、性別的關(guān)系

2.2.1 CC及各亞區(qū)體積與年齡的相關(guān)性分析 為排除性別對(duì)年齡與CC各亞區(qū)體積相關(guān)性的交叉影響，研究首先比較男性和女性的年齡分布發(fā)現(xiàn)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.632)。將CC各亞區(qū)的體積與年齡進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)：PCC(r=0.250)、PMCC(r=0.450)、MCC(r=0.344)、AMCC(r=0.257)及TCC(r=0.373)與年齡呈正相關(guān)性(P<0.05)，而ACC體積與年齡則未顯示相關(guān)性(r= 0.155，P=0.148)。

2.2.2 不同性別間CC各亞區(qū)體積的差異分析 不同性別間CC各亞區(qū)體積的差異分析結(jié)果見(jiàn)表2，結(jié)果顯示不同性別間的CC各亞區(qū)體積的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.2.3 依據(jù)年齡段對(duì)比分析不同性別間CC及各亞區(qū)體積的差異 為明確CC各亞區(qū)體積是否存在性別差異，依據(jù)年齡段對(duì)比分析不同性別間CC各亞區(qū)體積的差異，見(jiàn)圖2。

2.2.3.1 PCC的體積 24～36、48～60個(gè)月組中女性的體積顯著大于男性，60～72個(gè)月組女性顯著低于男性；差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。而36～48個(gè)月組男、女性差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.2.3.2 PMCC的體積 60～72個(gè)月女性較男性顯著增高，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；而24～36、48～60及36～48個(gè)月組男、女性之間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.2.3.3 MCC的體積 各年齡段，男、女性之間MCC的體積差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.2.3.4 AMCC的體積 24～36個(gè)月組女性較男性顯著增高，36～48個(gè)月組女性較男性顯著降低，差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。而48～60、60～72個(gè)月組男、女性之間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表2 不同性別學(xué)齡前兒童間CC各亞區(qū)體積的比較

a：P<0.05

2.2.3.5 ACC的體積 36～48、60～72個(gè)月組女性較男性顯著降低，48～60個(gè)月組女性較男性顯著增高，差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。而24～36個(gè)月組男、女性之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.2.3.6 TCC的體積 24～36、48～60個(gè)月女性較男性顯著增高，差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。36～48、60～72個(gè)月組男、女性之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.3 各年齡段不同性別兒童CC各亞區(qū)參考范圍

CC各亞區(qū)體積參考值范圍取各年齡段相對(duì)應(yīng)性別95%CI，具體見(jiàn)表3～8，可知在24～72個(gè)月正常兒童中，男性和女性在CC各部分體積的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表3 不同性別學(xué)齡前兒童各年齡段PCC體積參考范圍/mm3

表4 不同性別學(xué)齡前兒童各年齡段PMCC體積參考范圍/mm3

表5 不同性別學(xué)齡前兒童各年齡段MCC體積參考范圍/mm3

表6 不同性別學(xué)齡前兒童各年齡段AMCC體積參考范圍/mm3

表7 不同性別學(xué)齡前兒童各年齡段ACC體積參考范圍/mm3

表8 不同性別學(xué)齡前兒童各年齡段TCC體積參考范圍/mm3

3 討論

3.1 構(gòu)建學(xué)齡前兒童胼胝體參考范圍的價(jià)值

CC是由神經(jīng)纖維組成的白質(zhì)纖維束，主要起將大腦半球連接的作用。目前關(guān)于CC的研究幾乎存在于神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域。在神經(jīng)退行性疾病或炎癥性疾病，如阿爾茨海默病[10-12]和多發(fā)性硬化[13-14]中均發(fā)現(xiàn)有CC體積的變化。有研究發(fā)現(xiàn)具有精神病癥狀和局限性精神病的CC面積和厚度均顯著減小[15]，此外也有多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)CC可能與精神分裂癥[16-17]、閱讀障礙[18]、癲癇[19]、抑郁癥[20]等相關(guān)，常見(jiàn)的臨床癥狀如吸煙、酒精中毒[16]等也可能伴隨CC面積的變化。上述關(guān)于CC的研究主要是來(lái)自于成人，而兒童CC的相關(guān)研究比較有限。有研究[21]報(bào)道胼胝體發(fā)育不全的兒童生活質(zhì)量低下和睡眠問(wèn)題均為較為普遍存在的，YOUNG等[22]研究發(fā)現(xiàn)兒童在遭受虐待后CC的體積會(huì)減小。GIULIANO等[23]也提到在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資料中，6歲以下正常兒童的CC數(shù)據(jù)極其缺乏，尤其是缺乏正常兒童的資料。本研究首次在招募的正常兒童腦部MRI數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上制訂學(xué)齡前各年齡段、不同性別兒童CC體積的參考范圍，為兒科影像的臨床工作提供一定的參照，為后續(xù)神經(jīng)發(fā)育障礙疾病的臨床和基礎(chǔ)研究提供參照依據(jù)。

3.2 學(xué)齡前兒童胼胝體各個(gè)亞區(qū)的發(fā)育

本研究結(jié)果顯示：2～6歲正常兒童的CC總體積以及CC的4個(gè)亞區(qū)包括PCC、PMCC、MCC、AMCC的體積均與年齡呈正相關(guān)，而ACC體積與年齡則未顯示相關(guān)性。這可能跟CC的發(fā)育方向有一定的關(guān)系，CC的發(fā)育方向是由前向后發(fā)育(不同于大腦由后向前發(fā)育)，提示可能在2歲時(shí)ACC已經(jīng)完成發(fā)育，體積相對(duì)比較恒定。而PCC、PMCC、MCC、AMCC的體積在2～6歲的階段內(nèi)仍隨年齡的增長(zhǎng)而逐步發(fā)育。因此我們認(rèn)為在2歲時(shí)雖然90%的大腦白質(zhì)髓鞘化進(jìn)程已經(jīng)完成，但是在2～6歲的階段內(nèi)CC的發(fā)育仍在進(jìn)行，體積仍有變化，而且各個(gè)亞區(qū)的發(fā)育進(jìn)程不一致，這就意味著我們對(duì)學(xué)齡前兒童CC的研究，尤其是發(fā)育進(jìn)程、發(fā)育類疾病相關(guān)的CC的研究，更應(yīng)該細(xì)化CC的分區(qū)來(lái)研究。DTI的分析研究認(rèn)為CC各個(gè)亞區(qū)的投射纖維和連接的功能并不一致，腹側(cè)和背側(cè)前額葉等高級(jí)別認(rèn)知的皮層主要通過(guò)膝部投射纖維，頂葉和枕葉纖維主要通過(guò)CC的壓部投射，比如視覺(jué)中樞等，而來(lái)自感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層的纖維主要通過(guò)體部投射[24]，因此我們認(rèn)為胼胝體分區(qū)研究和分析也非常有必要。

3.3 胼胝體的腦部MRI分區(qū)

目前關(guān)于CC的分區(qū)沒(méi)有統(tǒng)一的方法。臨床上常將CC由前到后大致分為嘴、膝、體和壓部[25-26]，各區(qū)域間并沒(méi)有明確的解剖界定。文獻(xiàn)中提到了以下幾種常用的分區(qū)方法。HOFER法[26]是將CC分為5個(gè)不等分的亞區(qū)，首先劃出CC的最長(zhǎng)橫徑(即CC的最前端與最后端之間的距離)，沿最長(zhǎng)橫徑，前1/6為CC-1區(qū)，CC前1/2部去除CC-1為CC-2區(qū)，后1/2部去除后1/3部為CC-3區(qū)，后1/3部去除后1/4為CC-4區(qū)，后1/4部為CC-5區(qū)。WITELSON[27]基于神經(jīng)組學(xué)研究提出了與Hofer類似的胼胝體分區(qū)方法，是目前應(yīng)用較廣泛的胼胝體細(xì)分方案之一(圖3)。還有學(xué)者在不同文獻(xiàn)中提出依照CC的前后徑將其不等分為5分區(qū)、7分區(qū)和9分區(qū)，也有以扇形分割CC的方法。VACHET等[28]提出測(cè)量CC的長(zhǎng)度及厚度并依照長(zhǎng)度分區(qū)，并且還提出了胼胝體各部的連接范圍：1區(qū)連接前額葉；2區(qū)連接前/輔助運(yùn)動(dòng)皮層；3區(qū)連接運(yùn)動(dòng)皮層；4區(qū)連接感覺(jué)皮層；5區(qū)連接頂/顳/枕葉的皮層。本次研究我們根據(jù)FreeSurfer軟件將胼胝體等分為5個(gè)亞區(qū)進(jìn)行分析，期望對(duì)其所連接相應(yīng)腦區(qū)的疾病的分析和判斷能有相對(duì)精確的依據(jù)。

A：HOFER法將CC分為5個(gè)不等分的亞區(qū)；B：WITELSON基于神經(jīng)組學(xué)研究提出的CC分區(qū)方法

3.4 學(xué)齡前兒童胼胝體各亞區(qū)體積的性別差異

本研究結(jié)果顯示：24～36、36～48、48～60、60～72個(gè)月等4個(gè)年齡段，不同性別、CC各個(gè)亞區(qū)的體積差異不一致。比如，在MCC，男、女性在各個(gè)年齡段均無(wú)明顯差異。但是在AMCC，24～36、36～48個(gè)月組男、女性有差異，48～60、60～72個(gè)月組男、女性無(wú)明顯差異。而在ACC的分析中，24～36個(gè)月各年齡段、性別間無(wú)明顯差異，而36～48、48～60、60～72個(gè)月年齡段卻存在較明顯的性別差異，等等。因此我們認(rèn)為在2～6歲兒童中，不同年齡段性別對(duì)CC的某些亞區(qū)的體積有影響，但是也有某些亞區(qū)性別對(duì)其體積沒(méi)有影響，這可能跟我們的樣本量有關(guān)系，但這也提示在學(xué)齡前兒童CC的體積研究中，我們很有必要根據(jù)年齡及性別來(lái)進(jìn)行分析和參考。

本次研究仍具有一定的局限性，招募的志愿者數(shù)量有限，后續(xù)我們還將繼續(xù)擴(kuò)大樣本量，并基于大樣本人群的CC圖像，利用人工智能構(gòu)造正常兒童CC的模型，并推廣應(yīng)用于臨床，期望能為兒科影像的臨床工作提供一定的參照。